(57)【要約】【課題】超純水製造プロセスにおいて、ホウ素イオン濃度を低くするとともに、アニオン交換樹脂又は混床式イオン交換樹脂装置の再生頻度を少なくしてメンテナンスコストを低減させること。【解決手段】超純水製造システムにおけるアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段に熱交換器を配置し、前記アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置に通水する被処理水の水温を２５℃以下、好ましくは２０℃以下に制御する。  水温の低下により、ホウ素イオンの流出までの時間が延び、再生サイクルを長くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超純水製造システムにおけるアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段に熱交換器を配置し、前記アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置に通水する被処理水の水温を２５℃以下に制御することを特徴とする超純水の製造方法。
【請求項２】
前記アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置に通水する被処理水の水温を２０℃以下に制御することを特徴とする請求項１記載の超純水の製造方法。
【請求項３】
超純水製造システムにおけるアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段に熱交換器を配置し、前記アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の被処理水の水温を元の水温から１０℃以内の範囲で低下させることを特徴とする請求項１又は２記載の超純水の製造方法。
【請求項４】
熱交換器が、平板式熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超純水の製造方法。
【請求項５】
アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置が、アニオン交換樹脂装置又は混床式イオン交換樹脂装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超純水の製造方法。
【請求項６】
超純水製造システムが、１次純水システムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の超純水の製造方法。
【請求項７】
原水に膜前処理を施す前処理装置と、
前記前処理装置の処理水に酸を添加してｐＨを７未満とする第１のｐＨ調整装置と、
前記第１のｐＨ調整装置の処理水を脱気する脱気装置と、
前記脱気工程の処理水にアルカリを添加してｐＨを７以上とする第２のｐＨ調整装置と、
前記第２のｐＨ調整装置の処理水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置と、
前記逆浸透膜装置の処理水の温度を２５℃以下となるよう温度調節する水温調節装置と、
前記水温調節装置で温度調節した処理水のイオン成分を除去するアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置と
を有することを特徴とする超純水の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超純水の製造方法及び装置に係り、さらに詳しくは、医薬品製造工程、液晶基板製造工程、半導体製造工程などの純度の高い水を必要とする分野で、イオン交換装置の再生時期を延長するとともにホウ素を極低濃度まで低減させることができる超純水の製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医薬品製造工程、液晶基板製造工程、半導体製造工程などの高純度の水質が要求される分野では、いわゆる超純水が使用されている。
【０００３】
超純水は、通常１次純水システムと２次純水システムの２段階からなる超純水製造装置で製造されている。
【０００４】
１次純水システムは、例えば、水道水や井水などの原水を、膜前処理装置、膜前処理装置の処理水に酸を添加する第１のｐＨ調整装置、第１のｐＨ調整装置の処理水を脱炭酸する脱気装置、脱炭酸した処理水にアルカリを添加する第２のｐＨ調整装置、第２のｐＨ調整装置の処理水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置、逆浸透膜装置の透過水のイオン成分を除去する混床式イオン交換装置から構成されている。なお、１次純水システムには、上記構成以外に、さらに、アニオン交換装置やカチオン交換装置、紫外線分解装置、真空脱気装置等が用いられることもある。１次純水システムの処理水は、一旦、１次純水タンクに貯留される。
【０００５】
２次純水システムは、１次純水システムの処理水の有機質成分をイオン成分に分解する紫外線分解装置、紫外線分解装置で有機質成分の分解により生成したイオン成分を除去する混床式イオン交換装置、限外濾過膜装置等から構成されており、通常ユースポイントで使用されなかった処理水は、再度２次純水システムの被処理水として循環再使用されている。
【０００６】
これらの１次純水システムや２次純水システムで用いられる装置のうち、イオン交換装置は、一定量のイオンを吸着すると、もはやイオンを吸着しなくなって処理水中にイオンが流出するようになるため、イオンの流出が始まる前の適当なタイミングで再生する必要がある。
【０００７】
イオンのアニオン交換樹脂に対する吸着され易さは、イオンの種類によって異なり、通常、吸着され易さは、ＳＯ４２−＞ＮＯ３−＞Ｃｌ−＞Ｆ−＞イオン状シリカ＞Ｂの順になっている。
【０００８】
このため、アニオン交換装置や混床式イオン交換装置の樹脂再生の目安として処理水のホウ素濃度を用いることも行われている。
【０００９】
ところで、最近、半導体製造現場において使用する超純水には、より高い純度の超純水が要求されるようになってきており、特に、超純水中に不純物として存在するホウ素イオンは半導体デバイスのＰＮ接合に使用される不純物の一つであるため、ホウ素イオン濃度を非常に低いレベルに押さえることが要求されてきている。
【００１０】
ホウ素は、金属と負の電荷をもった非金属の中間の属性をもつ典型的な半金属元素と考えられているが、ホウ酸は、陽イオン化合物よりも陰イオン化合物を形成する傾向があり、脱イオン水の中では次式のように水と反応してホウ酸塩イオン（以下、単にホウ素イオンと称する。）と水素イオンとを生成する。  
【化１】
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【００１１】
このホウ素イオンは、アニオン交換装置や混床式イオン交換装置によって除去可能であるが、前述したとおり、ホウ素イオンはイオン交換樹脂に吸着されにくく、超純水製造システムの処理水中のホウ素イオンを非常に低いレベルに押さえるためにはイオン交換樹脂の再生を頻繁に行わなければならず、このため超純水製造システムのメンテナンスコストが高くなってしまうという問題があった。
【００１２】
ホウ素イオンを選択的に除去するホウ素選択性イオン交換樹脂を使用する技術も提案されているが（特許文献１）、この方法では、イオン交換樹脂塔をもう１基設置しなければならず、結局、別にイオン交換樹脂塔を必要とするから、メンテナンスコスト低減のための本質的な解決手段にはなっていない。
【特許文献１】特開平８−８４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述したとおり、最近、超純水中のホウ素イオンの濃度を低くすることが求められるようになってきているが、ホウ素イオンはイオン交換樹脂に吸着され難いため、ホウ素イオンを少なくするためには、いきおいイオン交換樹脂の再生を頻繁に行わなければならず、このため超純水製造システムのメンテナンスコストが高くなるという問題があった。
【００１４】
本発明者等は、かかる問題を解消すべく鋭意研究を進めたところ、被処理水の水温を低くすると、イオン交換樹脂のホウ素イオンの破過までの時間が長くなることを見出だした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、超純水製造システムにおけるアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段に熱交換器を配置し、前記アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の被処理水の水温を２５℃以下、好ましくは２０℃以下に制御することを特徴としている。
【００１６】
本発明の効果は、アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の被処理水の水温を低くするほど大きくなるが、冷却に要するコストは逆に被処理水の水温を低くすればするほど高くなるので、冷却温度は、再生頻度が少なくなることによる再生コストの低減と冷却のためのコスト上昇との兼ね合いで、適当な温度に設定することが望ましい。一般に、元の水温より１０℃を越えて冷却すると冷却コストの上昇が再生コストの低減効果を相殺してしまうので、被処理水の冷却は元の水温から１０℃以内の範囲で設定することが望ましい。
【００１７】
本発明に使用する熱交換器としては、矩形の管路を良熱電導性の金属板からなる仕切り板で複数に仕切って複数の水路を形成し、隣接する水路を被処理水と冷却水が互いに向流で通過するように構成した平板式熱交換器が好適している。
【００１８】
また、本発明に使用するアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置としては、アニオン交換樹脂を充填したアニオン交換樹脂装置やアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を充填した混床式イオン交換樹脂装置が適している。
【００１９】
熱交換器は、アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段であれば、１次純水システム、２次純水システム、あるいはその両方に設置することができるが、ホウ素負荷の大きい１次純水システムのアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の前段に設置した方がより効果的である。
【００２０】
なお、熱交換器は、アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の直前に配置する必要はなく、アニオン交換装置又は混床式イオン交換装置に入る被処水が２５℃以下となれば、他の装置を熱交換器とアニオン交換装置又は混床式イオン交換装置の間に介在させることも可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、イオン交換装置の再生時期を延長するとともにホウ素を極低濃度まで低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、発明を実施するための最良の形態について説明する。  
なお、以下の形態は、半導体製造装置に超純水を供給する超純水製造装置の１次純水システムに適用した例であるが、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明を超純水製造システムの１次純水システムに適用した実施例の構成図である。
【００２４】
同図に示すように、この実施例の超純水製造装置は、中空糸膜からなる膜前処理装置１、酸貯槽２ａとポンプ２ｂからなる第１のｐＨ調整装置２、脱炭酸ガス塔３、アルカリ貯槽４ａとポンプ４ｂからなる第２のｐＨ調整装置４、第１の逆浸透膜装置７ａ、第２の逆浸透膜装置７ｂ、平板式熱交換器８、混床式イオン交換装置９から、その主要部分が構成されている。
【００２５】
この実施例では、この超純水製造装置に供給された原水（神奈川県厚木市市水）は、膜前処理装置１で前処理された後、図示を承略したｐＨ計により処理水のｐＨが測定され、図示を省略したｐＨ調整装置により所定のｐＨ値とするための硫酸水溶液量が計算されて第１のｐＨ調整装置２から硫酸水溶液が注下されｐＨが４〜５に調整される。
【００２６】
次いで、ｐＨを４〜５に調整された市水は、脱炭酸装置３により脱気されて脱炭酸される。脱炭酸された処理水は、図示を省略したｐＨ調整装置により所定のｐＨ値とするための水酸化ナトリウム水溶液量が計算されて、アルカリ貯槽４ａからポンプ４ｂによって水酸化ナトリウム水溶液が添加されてｐＨが６〜７に調整される。ｐＨを６〜７に調整された処理水は、第１の逆浸透膜装置［東レ（株）ＳＵ−７１０］７ａに供給され、さらにその透過水が第２の逆浸透膜装置７ｂに供給されて逆浸透膜処理が行われる。
【００２７】
この第２の逆浸透膜装置７ｂの透過水は平板式熱交換器８に供給されて、水温を所定の温度に調節した後、混床式イオン交換装置９に被処水として供給されて脱イオン処理が行われる。
【００２８】
混床式イオン交換装置９は、内径５０ｍｍ×高さ１５００ｍｍの容器に、混床式イオン交換樹脂［ローム・アンド・ハース社、ＭＢＧＰ］を１．５リットル充填したものであり、通水は、流量６０リットル／ｈの下降流として行われる。
【００２９】
混床式イオン交換装置９の被処理水の温度を２８℃（比較例）、２５℃（実施例１）、２０℃（実施例２）にして処理したときの処理水中のホウ素イオン濃度を毎日定時に測定したときの結果を図２に示す。
【００３０】
図２のグラフから明らかなように、実施例１（２５℃）では、比較例（２８℃）でホウ素イオンの流出まで３日だったのが、５日とほぼ６０％可使期間が延長され、実施例２ではそれが７日と、ほぼ１３３％可使期間が延長されており、それだけ、再生の頻度を少なくできることが確認された。
【００３１】
なお、以上の実施例では、イオン交換装置として混床式イオン交換装置を用いた例について説明したが、アニオン交換装置を用いた場合にも同様の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上の実施例は、半導体用の超純水製造装置の１次純水システムに本発明を適用した例であるが、半導体製造現場以外でも、医薬品製造工程、液晶基板製造工程その他の高純度の水が必要とされる分野に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】発明の一実施例の超純水製造装置の要部の構成を示す図、
【図２】本発明の効果を示すためのグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１…膜前処理装置、２…第１のｐＨ調整装置、３…脱炭酸ガス塔、４…第２のｐＨ調整装置、７ａ…第１の逆浸透膜装置、７ｂ…第２の逆浸透膜装置、８…平板式熱交換器、９…混床式イオン交換装置。
【図１】
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【図２】
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